支架冲压工艺及模具设计

1 前言1.1 国内外发展现状本次毕业设计的零件是支架，属于五金类产品，由冷冲压工艺得到。

从用途来讲，支架还有液压支架，弹簧支架等各种新型支架都一一诞生到我们的生活中。

目前支架的种类很多，大到工程领域如各种管道支架，建筑用的脚手架及做各种电器设备的支撑。

小到我们生活用的各种支架，对我们来说，支架真是到处可见，厨房里的抽油烟机、微波炉的支架。

在我们现代家庭装修时，支架用到的地方也是越来越多。

他给我们生活带来了很大的方便。

支架的材料【1】也是有很多种，从木材到塑料再到钢材。

但钢材的应用还是居多。

由于支架大多都是作支撑作用，鉴于它的这个功能，在强度的要求方面会比较高，而支架的材料很大程度上取决于其强度的高低，因此支架材料将是一个更加有待于去探索的方向。

另外，有一个决定支架强度的因素是支架结构，如利用加强筋或其他特殊结构都会使其更加坚固。

我们生活中多数见到的支架大多是以冲压技术来加工的。

首先，它属于人们日常用到的产品，需求量比较大，而冲压技术正好可以提供这一条件——大批量生产且效率高。

其次，冷冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术上或是经济效果上，都有很多优点：⑴冷冲压是一种高效（即高生产率）低耗（即材料利用率高）的加工方法：冷冲压工艺，适用于较大批量零件生产，便于实现机械化与自动化，有较高的生产效率。

同时，冷冲压不仅能努力做到少废料和无废料生产，而且即使有边角余料，也可以充分利用，使之不致造成浪费；⑵压力机简单冲压下，可以获得用其他加工工艺难以加工的各种形状复杂的零件；⑶操作简单，便于组织生产。

在大批量生产条件下，冲压件的成本较低；⑷冲压出的制品零件，一般不需做进一步机械加工，具有较高的尺寸精度；⑸冲压件有较好的互换性，冲压加工稳定性好，同一批冲压件可相互调换使用，不影响装配和产品性能；⑺冲压加工可在耗费不大情况下，能获得强度高、刚度大而重量轻的零件。

总之，对我们使用者来说，便宜，好用当然就是首选。

但是，目前我国在这方面的研究还比较滞后，模具的制造技术是一个很大的制约因素，需要我们花一段时间来学习，赶上世界的先进水平。

1.2 选题的目的及意义本设计的产品对象是支架，属于五金冲压零件。

由于它的功用给人们带来了很大的便利，简单的结构（如图1-1所示），简单的操作就可以产生如此效果。

并且，在支架材料，支架结构方面及对它的整个生产过程的了解都值得我去学习。

因此选择它作为我毕业设计的设计对象是很有意义的。

图1-1支架使用实例图①确定支架安装位置②钻螺纹孔③用螺钉固定支架④紧固⑤安装放物板⑥完成板材冲压是金属板带在压力机的模具上冲压成各种零件的金属塑性加工方法【2】。

一般冲裁件的板料厚度在10mm以下，成形件厚度在20mm以下。

板材冲压有剪切、冲裁、弯曲和拉伸等加工方式。

板料的冲压性能用拉伸、硬度、金相、杯突、冷弯等试验测定。

冲压前，除了提供板料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等数值以外，还应提供应变硬化、厚度和平面各向异性等数值。

不同的加工方式对以上数值应有不同的要求，以便取得最好的冲压效果。

虽然冲压技术已经走向成熟，但在许多方面还有待于改进和提高，例如，一套模具只能用于一种零件或一类零件。

冲压产品的精度一般都不会像机加工那样高等。

100×125mm支架冲压工艺及模具设计的是根据支架结构特点及技术要求, 围绕如何提高生产效率、降低制造成本、简化模具结构, 制订冲压成形的工艺方案。

解决条料的定位、导向、卸料、出件、优化模具结构等技术问题【3】。

确定冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要内容有：(1). 对冲压件进行工艺分析；(2). 通过分析比较，确定最佳工艺方案；(3). 确定模具结构形式；(4). 合理选择冲压设备。

此次设计成品的生产模式：大批量生产，压力设备型号不受限制首先，查阅各方面关于冲压工艺及模具设计的有关文献，包括书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数。

然后通过了解这些知识，在具体分析要加工零件的特性，以制定出合理的冲压方案。

由此初步得出支架的冲压工艺及模具的基本工艺方案设计过程如下图2-1所示：图 2-1 冲压工艺方案设计流程图3.1 设计对象设计的产品对象是100×125mm 支架，如下图（图3-1为实物图，图3-2为零件图）所示：图3-1 实物照片 零件图 工艺分析 工艺方案 毛坯尺寸计算排样方式及利用率工序性质及次数 工序组合最终方案确定图3-2零件图3.2 冲压件的工艺分析该冲压件作为一个支架，壁厚为1mm，其功能主要是用来起到支撑作用的，属于不对称零件，无尖角，弯曲圆角半径r为15.5，相对圆角半径r/t为15.5，大于最小弯曲半径值，因此可以弯曲成形。

由于此零件是不对称的，因此在弯曲的时候会出现坯料偏移的情况，需要在设计弯曲模具的时候考虑坯料偏移这一因素。

在其他精度方面要求不高。

5.3Φ的四个圆孔和4Φ的两个圆孔精度不高，公差没有要求。

加强筋部分要求规定的斜度。

通过以上工艺分析，可以看出该零件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属于大批量生产，因此可以用冲压方法生产。

3.3 确定工艺方案3.3.1计算毛坯尺寸分析该零件的结构，其最主要的尺寸是总长，和总宽。

总长是由弯曲决定的，总宽则是由压筋决定的。

（1）首先计算总长，弯曲件的展开图根据应变中性层的长度不变原则计算。

该件得的尺寸标注是在内测标注，所以毛坯的近似长度由文献【4】 P131L=a+b+υ （3-1）如图3-3所示：υ值是由弯曲半径r 和壁厚t 决定的，查表2-14【4】得υ= -7.88因此 L=a+b+υ=124+99-7.88=215.12 mm ，由于对零件的精度要求不高，因此取L=215mm 。

图3-3 毛坯长度计算图（2）然后计算总宽，该零件的总宽是由压筋所决定的，其展开图根据应变中性层的长度不变原则计算，如图3-4所示。

B=2l+2 h/cos （85°/2）+2（133°/360°）×2π2R +2（85°/360°）×2π1R=2×11+2（9/cos42.5）+2（133°/360°）×2π×2+2（85°/360°）×2π×1=58 mm图3-4 毛坯宽度计算图（3）由上述计算可得出最终毛坯尺寸如图3-5所示：图3-5 毛坯3.3.2选材在加工支架的过程中,支架的材料一般选用要根据厂家的需求程度综合考虑,一般情况下选用普通碳素钢板、优质碳素结构钢板、合金结构钢板、电工硅钢板、不锈钢板以及其他钢板，如镀锌钢板、工具钢板等。

45号钢为优质碳素结构用钢优质碳素结构钢按含碳量不同可分为三类：低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C为0.25-0.6%）和高碳钢（C＞0.6%）。

其中30、35、40、45、50、55等牌号属于中碳钢，因钢中珠光体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显著增加。

其中，以45钢最为典型，它不仅强度、硬度较高，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。

45钢在机械结构中用途最广。

本次设计以45 钢为例进行计算。

3.3.3确定排样方式及计算材料利用率（1）排样方法在冲压零件的成本中，材料费用占60%以上，因此材料的经济利用是一个重要问题。

由于在该设计中选择的材料为巻料，因此在送料时要考虑到在同一方向送料，所以，选用单行排列。

在排样之前，我们要考虑排样时的搭边问题，搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的工件。

搭边还可以使调料有一定的刚度，便于送进。

因此查表2-11【5】的数值，a=0.8，沿边a=1.0。

依据以上数据在这里有两种排样方案如图3-6所示：工件间1a) 排样方案一 b) 排样方案二图3-6 排样方案（2）材料利用率A与板料面积A 衡量排样经济性的标准是材料的利用率，也就是弓箭的实际面积的比值，由文献【5】得：%1000⨯=AA η （3-2） 由于此毛坯的形状是一个不规则形状，因此用CAD 计算面积得其近似值为207376mm A =，近似周长为L=453 mm 。

由式3-2得：排样方案一的利用率%100101⨯=A A η =(7376/58×217)×100%=58.6% 方案二的利用率%100202⨯=A A η =(7376/67×210)×100%=52.4% 由以上数据 21ηη>因此采用方案一的排样方式。

3.3.4 冲压工序性质及工序次数的选择该冲压零件需要的基本工序和次数有a) 落料b ）弯曲c ）压筋d ）冲底面的三个孔（一个4Φ和两个5.3Φ）e ）冲侧面的三个孔（一个4Φ和两个5.3Φ）f ）起伏根据以上这些工序，可以做出下列四种组合方案：方案一：a ）落料b ）弯曲c ）压筋d ）冲所有的孔同时起伏方案二：a ）落料b ）弯曲c ）压筋d ）冲底面的三个孔以及起伏e ）冲侧面的三个孔以及起伏方案三：a ）落料b ）压筋c ）弯曲d）冲所有的孔同和起伏方案四：a）落料b）压筋c）弯曲d）冲底面的三个孔以及起伏e）冲侧面的三个孔以及起伏分析零件本身，先压筋后弯曲会使零件加强筋的性能被破坏，强度可能会被削弱。

因此排除方案三和方案四。

同时冲六个孔和分别冲两侧的孔最大的不同就是，同时冲六个孔时至少需要一个侧冲，模具空间结构不易布置，加大了设备的设计难度，而分别冲两侧的孔就多了一道工序。

从现有的技术来看，选择分别冲两侧的孔。

因此最终选择方案二作为最终方案。

3.3.5方案的最终确定由以上分析计算最终确定100×125mm支架冲压工艺方案为：落料——弯曲——压筋——冲底面的三个孔及起伏——冲侧面的三个孔及起伏。

因此其工序图如图3-7所示图3-7工序图4.落料模具设计4.1 模具结构形式的确定在选择合理的模具结构形式,使它尽可能满足以下要求：(1) 能冲出符合要求的模具；(2) 能提高生产率；(3) 模具制造和修磨方便；(4) 模具有足够的寿命；(5) 模具易于安装调整，且操作方便、安全。

本模具采用单工序落料模，落料边缘采用一次成型，不需要修边，因此落料凸凹模精度要求要较高一点。

4.2 冲裁模具的具体设计4.2.1 冲模的压力中心为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心于压力机滑块中心线相重合。

否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。

本次加工的零件是规则图形件，压力中心即为零件的几何中心。

4.2.2 凸凹模间隙冲裁间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要参数。